CPE 426 Computer Networks

CPE 426 Computer Networks

Week 16: Last

Chapter 16: Wireless NW Technologies

TOPICS Chapter 16 Wireless NW Technologies

Introduction ISM PAN ISM Bands WLAN

Standard Architecture Contension

Wireless MAN and WiMax Wireless WAN

Cellular Technologies VSAT GPS

16.2 Wireless Networks Taxonomy

ข้�อกำ��หนดกำ�รใช้�ง�นข้องร�ฐเป็�นตั�วกำ��หนดระยะท�งและคว�มถี่��ท��ใช้�

ช้�วงคว�มถี่��ท��ใช้�ม�ท� งม� License และไม�ม� License

ด�งน� น Wireless Technologies ม�ตั� งแตั� PAN จนถี่$ง WAN

16.2 Wireless Networks Taxonomy

16.3 Personal Area Network

เป็�นกำ�รสื่&�อสื่�รระยะสื่� นๆ สื่��หร�บอ)ป็กำรณ์+ท��ด,แลและเป็�นเจ��ข้องโดยคนๆเด�ยว

Handset กั�บ Telephone Mouse และ Keyboard

แบ�งออกำได�เป็�น 3 ช้น.ด

164. ISM Wireless Bands Used By LANs and PANs

ช้�วงคว�มถี่��คล&�นแม�เหล/กำไฟฟ1�ท��กำ�นไว�สื่��หร�บใช้�ใน Industrial, Scientific และ Medical Group ซึ่$�งกำ�รใช้�ง�นไม�ตั�องข้อ License ได�ถี่,กำน��ม�ใช้�ใน WLAN และ PAN

16.5 Wireless LAN Technologies และ WIFI

จ�ดอย,�ในม�ตัรฐ�นข้อง IEEE 802.11 ป็3 1999 กำล)�มผู้,�ผู้ล.ตัอ)ป็กำรณ์+

Wireless ได�รวมตั�วกำ�นจ�ดตั� ง Wi-Fi Alliance Non-Profit Organization สำหรั�บทดสำอบและ

รั�บรัองอ�ปกัรัณ์� Wireless ท��ใช้�มตรัฐนของ IEEE 802.11

มตรัฐนท��รั �บรัองโดย Wi-Fi Alliance แสำดงด�งตรัง

16.5 Wireless LAN Technologies และ WIFI

16.6 Spread Spectrum Techniques

กำ�รใช้�กำ�รสื่&�อสื่�รแบบ Spread Spectrum ท��ให� เพิ่#�ม Performance ของรัะบบ กัรัสำ$�อสำรัม�ควมคงทนต'อ Noise แต' Bandwidth ของกัรัสำ$�อสำรัจะกัว�งข)*น

ม� 3 Technologies DSSS : สำ'งข�อม+ลแบบ Digital โดยกัรัค+ณ์(Exclusive

OR) Code ท��สำ'งกั�บ Pseudorandom Sequence FHSS: ใช้�ในรัะบบ Analog โดยกัรัสำ'งข�อม+ลผ่'นคล$�นท��ม�

ควมถี่��ท��เปล��ยนไปตลอดเวล OFDM: เป/นกัรัท FDM แบบหน)�ง แต'ใช้�คล$�นในแต'ละ

แถี่บควมถี่��ท��เป/น Orthogonal กั�น ทให�แต'ละช้'องม�กัรัรับกัวนกั�นน�อยลง

16.6 Spread Spectrum Techniques

167Wireless LAN Standard อ&�นๆ(IEEE 802.11-2007)

16.8 Wireless LAN Architecture

ป็ระกำอบด�วย: Access Point (Base Station), Interconnection Mechanism (Switch or Router) และ Nodes (Wireless Station)

ม�กำ�รเช้&�อมตั�อได�สื่องแบบ Ad Hoc: Wireless Host เช้$�อมต'อกั�นเองโดยไม'ผ่'น

Base Station Infrastructure: ท�กัๆ Host เช้$�อมต'อกั�นโดยผ่'น

Base Station Set ของ Computer ท��อย+'ในรัะยะเช้$�อมต'อของแต'ละ Access

Point เรั�ยกั BSS (Basic Service Set)

16.8 Wireless LAN Architecture

16.9 Overlap, Association and 802.11 Frame Format

ถี่�� Access Point อย,�ห��งกำ�นเกำ.นไป็ จะท��ให�เกำ.ด Dead Zone

แตั�ถี่�� Access Point อย,�ช้.ดกำ�นเกำ.นจะเกำ.ดกำ�ร Overlap ซึ่$�ง Host สื่�ม�รถี่เช้&�อมตั�อได�ม�กำกำว��หน$�ง Access Point

ด�งน� นแตั�ละ Host จะตั�องม�กำ�รท�� Association กำ�บเพี�ยงหน$�ง Access Point Frame ของ 802.11 จะปรัะกัอบไปด�วย MAC

Address ของท�*ง Access Point และ Router

16.9 Overlap, Association and 802.11 Frame Format

16.10 Coordination ระหว��ง Access Point

Access Point ม�กำ�รสื่&�อสื่�รระหว��งกำ�น เพี&�อให�กำ�รเช้&�อมตั�อไม�ม�กำ�รหย)ดช้ะง�กำ คล��ยกำ�บในระบบโทรศั�พีท+ม&อถี่&อ ซึ่$�งระบบม�คว�มซึ่�บซึ่�อน Handoff (Hand Over) กัรัณ์�ท��ผ่+�ใช้�เปล��ยนตแหน'ง

และเปล��ยนกัรั Association ไปย�ง AP ต�วอ$�น ปกัต#จะตรัวจจกั Signal Strength ท��ได�รั�บจกัผ่+�ใช้�

ใน AP ท��ม�ร�ค�ถี่,กำ จะไม�ใช้� Mechanism ข้อง Access Point แตั�จะใช้� Computer ข้องผู้,�ใช้�ท��หน��ท��ตัรวจจ�บสื่�ญญ�ณ์ และท��กำ�ร Association กำ�บ Access Point ท��ม�สื่�ญญ�ณ์แรงท��สื่)ด

16.11 Contention-Free Access

PCF (Point Coordination Function) โดยท�� AP จะควบค)มสื่ถี่�นน�ใน BSS เพี&�อท��จะแน�ใจว��แตั�ละผู้,�ใช้�สื่�งสื่�ญญ�ณ์ไม�รบกำวนกำ�น เช้�นกำ��หนดให�ใช้�คนละคว�มถี่�� ว.ธี�น� ไม�ได�ใช้�ใน WLAN

DCF (Distributed Coordinated Function) โดยท��แตั�ละสื่ถี่�น�ใน BSS จะใช้� Random Access Protocol ในกำรณ์�น� 802.11 จะใช้� CSMA/CA แทน ซึ่$�งแตั�ละสื่ถี่�น�จะตั�องสื่�ง RTS(Request to Send) และตั�องได�ร�บ CTS (Clear to Send) กำ�อน จ$งจะสื่�งได�


CSMA/CA Timing ในม�ตัรฐ�น 80211. Host ท��จะสำ'ง ต�องรัอให� Channel ว'งเป/นเวล DIFS =

Distributed Inter-Frame Space = 50 Microsecond (=SIFS+2 Slot Time)

Host ท��สำ'งเม$�อรัอแล�วจะสำ'ง RTS AP(หรั$อ Host อ�กัฝั่2� ง ) เม$�อได�รั�บ RTS จะรัอเป/นเวลเท'กั�บ SIFS

(Short Inter-Frame Space = 10 us) จ)�งสำ'ง CTS กัล�บไป Host เม$�อได�รั�บ CTS จะต�องรัออ�กัเท'กั�บ SIFS จ)งสำมรัถี่สำ'งข�อม+ล

ได�เท'กั�บหน)�ง Slot Time หน)�ง Slot Time = 20 us เม$�ออ�กัฝั่2� งได�รั�บข�อม+ลครับ จะรัอเท'กั�บ SIFS จ)งสำ'ง Ack ถี่�ไม'ได�รั�บ Ack ในเวลท��กัหนด จะม�กัรั Backoff และ

Retransmission


16.12 Wireless MAN Technologies and WiMax

ม�ม�ตัรฐ�นเด�ยวท��ม�โอกำ�สื่ท��จะถี่,กำน��ม�ใช้�ง�น ค&อ IEEE 802.16 หร&อท��เร�ยกำ WiMax โดยม�กำล)�มบร.ษั�ทรวมตั�วกำ�นจ�ดตั� ง WiMax Forum เพี&�อสื่น�บสื่น)นเทคโนโลย�น�

ม�สื่อง Version ท��ได�ร�บกำ�รพี�ฒน�ข้$ นม� Fixed WiMax, IEEE 802.16-2004 กัหนดกัรัเช้$�อมกั�บ

Access Point เด�ยวและไม'ม�กัรั Handoff เช้'นกัรัเช้$�อมกั�บผ่+�ให�บรั#กัรักั�บอ�ปกัรัณ์�ท��ม�ตแหน'งท��แน'นอน

Mobile WiMax, IEEE 802.16e-2005 ม�กัรั Handoff รัะหว'ง AP และสำมรัถี่นมใช้�กั�บ Laptop หรั$อ Cell Phone ได�

WiMax สื่�ม�รถี่น��ม�ใช้�เพี&�อข้ย�ยในสื่�วนข้อง Last Mile หร&อใช้�ในสื่�วนข้อง Backhaul หร&อใช้�สื่��หร�บเช้&�อมตั�อแตั�ละ Site เข้��ด�วยกำ�น



The key features of WiMAX can be summarized as follows: Uses licensed spectrum (i.e., offered by

carriers) Each cell can cover a radius of 3 to 10 Km Uses scalable orthogonal FDM Guarantees quality of services (for voice or

video) Can transport 70 Mbps in each direction at

short distances Provides 10 Mbps over a long distance (10

Km)

16.13 PAN Technologies and Standard

IEEE 802.15


Bluetooth The IEEE 802.15.1a standard evolved after vendors

created Bluetooth technology as a short-distance wireless connection technology

The characteristics of Bluetooth technology are:

Wireless replacement for cables (e.g., headphones or mouse)

Uses 2.4 GHz frequency band Short distance (up to 5 meters, with variations that

extend the range to 10 or 50 meters) Device is master or slave Master grants permission to slave Data rate is up to 721 Kbps


Ultra Wideband (UWB) The idea behind UWB communication is that

spreading data across many frequencies requires less power to reach the same distance

The key characteristics of UWB are: Uses wide spectrum of frequencies Consumes very low power Short distance (2 to 10 meters) Signal permeates obstacles such as walls Data rate of 110 at 10 meters, and up to

500 Mbps at 2 meters IEEE unable to resolve disputes and form a

single standard


Zigbee The Zigbee standard (802.15.4) arose from a desire

to standardize wireless remote control technology especially for industrial equipment

Because remote control units only send short command

high data rates are not required The chief characteristics of Zigbee are:

Wireless standard for remote control, not data Target is industry as well as home automation Three frequency bands used (868 MHz, 915 MHz,

and 2.4 GHz) Data rate of 20, 40, or 250 Kbps, depending on

frequency band Low power consumption Three levels of security being defined

16.14 Short Distance Communication Technologies อ&�น

ท��สื่��ค�ญม� InfraRED และ RFID

InfraRED InfraRED technology is often used in remote controls

and may be used as a cable replacement (e.g., for a wireless mouse)

The Infrared Data Association (IrDA) has produced a set of standards that are widely accepted

The chief characteristics of the IrDA technology are:

Family of standards for various speeds and purposes Practical systems have range of one to several meters Directional transmission with a cone covering 30 Degree Data rates between 2.4 Kbps (control) and 16 Mbps (data) Generally low power consumption with very-low power

versions Signal may reflect from surfaces

but cannot penetrate solid objects

16.14 Short Distance Communication Technologies อ&�น

Radio Frequency Identification (RFID) RFID technology uses an interesting form of wireless

communication to create a mechanism A small tag contains identification information

that a receiver can “pull” from the tag Some features of RFID:

Over 140 RFID standards exist for a variety of applications Passive RFIDs draw power from the signal sent by the

reader Active RFIDs contain a battery

which may last up to 10 years Limited distance

although active RFIDs extend farther than passive Can use frequencies from less than 100 MHz to 868-954

MHz Used for

inventory control, sensors, passports, and other applications

16.15 Wireless WAN Technologies

แบ�งเป็�น Cellular Communication System Satellite Communication System

16.15.1 Cellular Communication System

ด� งเด.มออกำแบบม�ให�น�� Voice สื่��หร�บ Mobile Phone

ป็ระกำอบด�วย Cell ท��เช้&�อมกำ�บ PTN ป็;จจ)บ�นสื่�ม�รถี่น��ม�ใช้�ในกำ�รให�บร.กำ�ร Data ด�วย Architecture: แตั�ละ Cell ป็ระกำอบด�วย

Tower กัล�'มของ Tower จะเช้$�อมต'อกั�บ Mobile Switching Center ท

หน�ท��ต#ดตมตแหน'งผ่+�ใช้�และจ�ดกัรั Handoff รัะหว'ง Cell Tower จะใช้� Omnidirectional Antenna ท��ม�ร�ศัม�

เป็�นวงกำลม (ในท�งทฤษัฎี�) Cell หล�ยๆ Cell จะป็ระกำอบกำ�นเป็�นร,ป็รวงผู้$ ง หกำเหล��ยม

ในท��ช้�มช้นอจใช้�ขนด Cell ท��เล3กัลง เพิ่รัะจนวนผ่+�ใช้�หนแน'น

16.15.1 Cellular Communication System

16.16 Cell Clusters and Frequency Reuse

กำ��หนดให� Cell ท��อย,�ใกำล�กำ�นใช้�คว�มถี่��คนละคว�มถี่�� แตั�ละ Cell จ�บกำล)�มเป็�น Cluster แตั�ละ Cluster สื่�ม�รถี่ป็ระกำอบกำ�นได�จนเตั/มพี& นท��

คว�มถี่��สื่�ม�รถี่น��ม�ใช้�ใหม�ได�สื่��หร�บ Cell ท��อย,�ห��งกำ�น

7 cell cluster ท��ใช้�คว�มถี่��ตั��งกำ�น น.ยมม�กำท��สื่)ด

16.16 Cell Clusters and Frequency Reuse

16.17 Generations of Cellular Technologies

1G, 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 4G 1G

Began in the late 1970s, and extended through the 1980s

Originally called cellular mobile radio telephones

used analog signals to carry voice 2G and 2.5G

Began in the early 1990s and continues to be used

The main distinction between 1G and 2G arises because 2G uses digital signals to carry voice

The label 2.5G is used for systems that extend a 2G system

to include some 3G features


1G, 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 4G 3G and 3.5G

Began in the 2000s Focuses on the addition of higher-speed data

services A 3G system offers download rates of 400 Kbps to 2

Mbps, and is intended to support applications such as web browsing and photo sharing

3G allows a single telephone to roam across the world

4G Began around 2008 Focuses on support for real-time multimedia

such as a television program or high-speed video They include multiple connection technologies

such as Wi-Fi and satellite at any time, the phone automatically chooses the best

connection technology available


A variety of standards have evolved(many attempted to choose an approach and create a

standard) The European Conference of Postal and

Telecommunications Administrators chose a TDMA technology known as Global System for Mobile Communications (GSM)

In the United States, each carrier created a network with its own technology

Motorola invented a TDMA system known as iDEN Most US and Asian carriers adopted a CDMA

approach that was standardized as IS-95A Japan created a TDMA technology known as PDC

Figure 16.18 summarizes major 2G standards

and some of the 2.5G standards that evolved



The standards listed in the figure each provide a basic communication mechanism over which many services can operate

General Packet Radio Service (GPRS) for Internet access

Short Message Service (SMS) is used for texting Wireless Application Service (WAP) is used to access

Internet Multimedia Messaging service (MMS) is used for multi-

media GPRS technologies have been further

developed that use more sophisticated modulation and multiplexing techniques (to increase data rates)

Enhanced Data rate for GSM Evolution (EDGE) known as Enchanced GPRS (EGPRS), offers higher transfer

rates EDGE Evolution provides higher rates


Service providers pushed to make technologies interoperable

the industry consolidated many of the approaches from 2G into a few key standards

IS-136, PDC, IS-95A, and EDGE all influenced the design of UMTS, a technology that uses Wideband CDMA (WCDMA)

IS-95B was extended to produce CDMA 2000, as in Figure 16.19

Several standards evolved for 3G data services

EVDO (Evolution Data Optimized or Evolution Data Only) and EVDV emerged at approximately the same time

They combine CDMA and FDM to increase the overall performance

High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) offers download speeds of 14 Mbps


16.18 VSAT Satellite Technology

ป็กำตั.กำ�รร�บสื่�ญญ�ณ์จ�กำด�วเท�ยมจะใช้�จ�นข้น�ดใหญ� หล�ยเมตัร ไม�เหม�ะกำ�บใช้�ใน Commercial หร&อตั�มบ��น

VSAT (Very Small Aperture Terminal) เป็�นเทคโนโลย�สื่&�อสื่�รด�วเท�ยมท��ใช้�จ�นข้น�ดเล/กำ ร�ค�ไม�แพีง

หล�ยบร.ษั�ทน��เทคโนโลย�น� ม�ใช้�ในกำ�รสื่&�อสื่�รเช้&�อมตั�อภ�ยในบร.ษั�ท

VSAT ใช้�ช้�วงคว�มถี่�� 3 ช้�วง แตั�ละช้�วงม�ค)ณ์สื่มบ�ตั.ตั�อฝนและอ�กำ�ศัตั��งกำ�น

16.18 VSAT Satellite Technology

16.19 GPS Satellites Global Positioning System ใช้�ห�

ตั��แหน�ง และเวล�ได�อย��งเท��ยงตัรง Accuracy between 2-20 meters

(military ones have higher accuracy) 24 total satellites orbit the earth Satellites arranged in six (6) orbital

planes Provides time synchronization

that can be used in some communications

HW 10(Last): Chapter 16 Download สื่�งว�นจ�นทร+หน��กำ�อนเท��ยง ใสื่�กำล�องท��ห�องสื่�ข้�

-5310

End of Chapter Week 16 Course Ends Final Exam

Up to Week 16 เน�นท��หล�ง Midterm กั'อน MT จะต�ดท#*ง ยกัเว�น

เรั$�อง IP Address No Calculator คะแนนเกั3บ Final 50% (6 ข�อ 60 คะแนน)

เป/นกัรัอธิ#บยอย'งสำ�*นๆ และคนวณ์ IP Subnet จะเป/นข�อใหญ่' และยกักัว' Midterm

End of Chapter Week 16 Final Exam List 1. IP Address and Subnetting 2. TCP/UDP 3. Routing General 4. IP Routing 5. QoS and IP Telephony 6. NW Security and WLAN

Documents

CPE 426 Computer Networks